公路偏压隧道围岩力学机理分析与工程应对措施

本文结合有限元数值模拟探讨偏压隧道的围岩压力形成原因及分布规律。根据围岩的破坏模式,采用不同计算方法对衬砌结构的安全度进行计算,并提出边坡稳定性的影响因素及治理措施。分析结果表明,衬砌的受力主要由上覆土柱压力以及围岩沿着破碎带处滑移产生剪切变形形成,破碎带对边坡稳定性起到主要控制作用。由于断层破碎带的存在,衬砌与破碎带相交处受力明显不利,形成突变。针对断层破碎带力学性能差以及偏压隧道受力不均匀现象,提出了抗滑桩与钢花管注浆共同作用等地基加固治理方案以及施作挡土墙以平衡隧道两侧土压力等措施来提高稳定性,挡土墙的高度及位置因为与偏压角度以及断层走向有关,宜通过具体计算确定。     

大跨度浅埋偏压隧道围岩变形分析

利用有限元数值模拟分析了两组工况下偏压隧道的围岩变形及隧道衬砌受力情况,结果表明:衬砌外荷载主要由上覆岩土体自重以及围岩沿着潜在滑移面产生剪切变形形成,剪切变形对围岩及衬砌受力影响显著。在平行于偏压面岩层与衬砌交界处（浅埋侧拱脚、深埋侧拱肩）的内力明显突变。地表注浆加固在一定程度上改善了围岩物理力学特性,减小偏压引起的剪切变形,有利于围岩稳定及隧道衬砌受力。     

复杂条件下隧道衬砌结构安全性评价

为了深入探讨浅埋、大跨度、偏压等复杂条件下公路隧道衬砌结构的安全性,结合卧龙岗隧道左线出口段浅埋偏压、边坡滑动以及断裂带等不利因素,对可能出现的隧道结构安全问题进行了分析论证;通过分析围岩位移稳定性、边坡稳定性以及衬砌结构受力情况,对隧道二衬的安全性进行了全面评价。结果表明:卧龙岗隧道围岩位移基本趋于稳定,边坡处于稳定状态,隧道出口段整体是安全稳定的;该评价结果为隧道后期的安全运营提供了可靠依据。     

穿越断层破碎带隧道支护结构受力特性分析

依托雅康高速公路紫石隧道,建立三维数值模型,运用有限差分软件分析围岩施工期的应力和变形特征,研究穿越断层破碎带隧道的支护结构受力特性。结果表明:断层破碎带处围岩和衬砌的变形相对普通断面均较大;在断层破碎带与普通岩体交界处会产生非均匀变形,导致衬砌结构出现压应力集中现象;隧道二衬达到受力稳定状态需要较长时间,且安全系数较低。     

我国西南部山区隧道施工期支护结构力学行为特征案例分析

为研究我国西南部山区隧道施工期支护结构所面临的重大问题，将雅安—康定、汶川—马尔康高速公路的典型隧道作为案例，归纳总结施工期存在的高地应力、软弱围岩、断层破碎带、次生地质灾害等潜在危险源，通过现场实测数据深入分析不同危险源环境下支护结构体系的力学行为特征。研究结果表明： 1）当隧道穿越软弱围岩时，围岩强度低、自承载能力差，接触压力、钢拱架应力均显著高于普通围岩隧道，二次衬砌分摊荷载比例显著上升； 2）当隧道穿越断层破碎带时，支护结构受力需要较长时间才能稳定下来，其力学行为呈现出3阶段演化规律，前期快速降低、中期缓慢降低、后期基本稳定； 3）当隧道洞口穿越松散堆积体时，坡体稳定性易受到扰动，其支护结构力学行为具有显著的偏压特性，围岩压力主要集中在深埋侧； 4）高地应力与围岩强度联合控制着围岩稳定性与支护结构体系的力学行为，高地应力硬岩隧道也具有一定的流变时间效应，但由于硬质围岩的强度较大、稳定性较好，支护结构受力相对较小，安全储备较高； 5）高地应力软岩隧道的围岩压力与结构受力显著升高，其支护结构力学行为在施工期便呈现出明显的流变特性，开挖约200 d后，仍然保持着缓慢增长。     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析。结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算。计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地形偏压的影响,浅埋侧隧道拱部围岩塑性应变和围岩压力大于深埋侧,因衬砌钢筋保护层较厚,导致钢筋无法有效约束裂缝发展,进而造成浅埋侧衬砌大面积开裂。     

跨断层带隧道结构力学与地震动响应特性研究

通过分析现场实测应力数据,首先对雅康高速跨断层破碎带的紫石隧道进行了支护结构的力学特性研究,然后进一步通过三维数值仿真分析,对紫石隧道进行了地震动力响应研究。研究内容包括地层位移响应、衬砌结构与围岩的加速度响应及二衬结构的内力分布特征等。研究结果表明:穿越断层破碎带隧道二衬需要分担50%～60%围岩压力;内力最大的截面为拱顶和拱脚处;隧道衬砌内力前30d快速增长,30d后增速降低,90～100d后趋于稳定,二衬弯矩在截面上呈"云状"分布;地震作用下,隧道断层破碎带段围岩位移和加速度的动力响应均比普通围岩更为明显;断层破碎带与普通围岩接触面存在较大的位移错动量,且该处加速度响应不同步,容易引起错动破坏;隧道各段衬砌横断面上的内力分布特征基本相同,但断层破碎带段有更大的内力极值,内力极值位于断面共轭45°方向;隧道抗震设防既应考虑断层破碎带段,也应考虑其与普通围岩的过渡段等。     

某隧道衬砌开裂的安全性分析及治理

结合某隧道衬砌出现裂缝的情况,根据施工单位的现场量测资料,对隧道衬砌的开裂原因进行了分析。通过分析裂缝在隧道纵向的分布及裂缝的发展,认为该隧道非断层带内的衬砌开裂多为受温度应力及施工因素影响而产生的非受力开裂,而断层带内的衬砌开裂多为受挤入性围岩压力影响而产生的受力开裂。考虑到受力开裂对隧道衬砌的不利影响,采用有限元数值方法对不良地质情况下的受力开裂衬砌进行了计算。因该隧道在规范荷载作用下衬砌是安全的,但是由于衬砌已经开裂,故参考现场实测接触压力,通过荷载组合试算确定衬砌荷载。然后根据此荷载进一步评价开裂衬砌的安全性。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

超浅埋偏压小净距隧道的施工力学行为分析

浅埋偏压隧道是山岭隧道中常见的一种隧道类型,隧道受偏压影响衬砌结构受力复杂,山坡岩体稳定性差,施工难度极大。以广乐高速大源一号隧道为工程背景,针对双洞并行隧道复杂的受力状态,采用有限元方法对超浅埋偏压小净距隧道进行了考虑施工顺序的数值模拟,对隧道衬砌结构的受力及变形进行了分析,对围岩的加固处理方式对衬砌结构造成的影响进行了计算分析。结果表明:对浅埋偏压小净距隧道,先施工埋深较浅一侧的洞室可使得衬砌结构所受到的内力较小;对大源一号隧道采取灌浆等措施可有效减小衬砌结构所受到的内力。     

特长公路隧道风机房典型双T型结构稳定性分析

隧道空间交叉结构受力特性及其稳定性是近年来长大公路隧道亟待解决的关键技术问题。通过对隧道风机房典型双T型交叉结构三维有限元数值模拟，研究了在双T型交叉结构建设过程中围岩的变形规律、影响范围以及结构自身的受力特性等。结果表明:随着隧道开挖，交叉结构受到的影响程度为:叠加区 > 影响区 > 普通区；小断面中围岩与衬砌间主要作用为抗剪，大断面中围岩与衬砌间主要作用为抗拉；结构存在一定的偏压现象，在对交叉结构进行设计施工时要注意对偏压部分进行局部加强。     

渗流作用下的偏压软岩隧道围岩稳定性分析

偏压隧道施工过程中围岩应力及支护受力情况复杂,当存在渗流作用时,围岩稳定性更难以保证。G316江西段改建工程某隧道围岩节理裂隙发育、岩体完整性差,同时存在地下水、偏压等不利于隧道围岩稳定性的因素。以该工程为依托,通过建立数值模型,分析了偏压软岩隧道围岩的稳定性。结果表明:隧道的拱顶沉降、周边收敛随着地表坡度的增加,出现先减小后增大的趋势,偏压下初衬的安全系数已不能满足规范要求,孔隙水压力最终都大致形成一个以隧道开挖区域为中心的类似于渗水漏斗的分布形状。针对现场初衬施工后出现较大变形和大量渗漏水情况,提出了相关处治措施,通过现场监控量测,证实了处治措施的合理性。     

隧道穿越软弱围岩及断层破碎带的工程对策

隧道穿越软弱围岩及断层破碎带路段时,容易产生突发性地质灾害,直接威胁施工人员和设备的安全。本文结合山西省第一长隧道——宝塔山特长隧道的工程实践,介绍了隧道穿越软弱围岩及断层破碎带路段的衬砌结构设计及施工防治措施,同时着重分析了超前帷幕注浆设计及施工的关键技术,可供同类工程设计和施工参考。     

偏压连拱隧道病害分析及治理措施

基于某高速公路偏压连拱隧道衬砌发生严重破坏和隧道上方发生较大规模的山体开裂等病害,采用地震CT手段对隧道周围的工程地质进行了探测;根据现场监测数据,分析了隧道支护结构的受力状态及其安全性;对复杂地质条件下两种典型的施工方案进行了动态施工的数值模拟,对比分析了不同施工方案对围岩稳定和衬砌受力的影响;探讨了衬砌发生严重破坏的原因,并提出了相应的治理措施。研究结果表明:连拱隧道内侧断裂带、上方松散层等不良地质条件和不合理的施工方案是导致隧道衬砌严重破坏和山体地表开裂的主要原因。研究结果为分析和治理偏压连拱隧道病害提供了依据。     

基于监测数据的浅埋隧道大变形成因分析及其处治对策

为了解决隧道穿越浅埋偏压、松散破碎地层时极易发生大变形、坍塌等安全事故的问题,依托实际工程分析了隧道开挖后初支背后围岩压力、拱顶沉降、支护结构内力及衬砌表观病害的变化规律与分布特征,得到隧道结构的受力变形特征,进而阐明浅埋段大变形的形成机理,并针对其形成机理给出了处治策略,可为后续施工控制及同类工程的顺利修建提供借鉴。     

断层破碎带隧道地震反应规律的数值模拟研究

基于土—结构相互作用理论,对高烈度地震区跨断层破碎带公路隧道进行了抗震计算,分析得出了隧道结构各控制点的位移、加速度及应力响应的一般规律,同时分析了不同断层倾角对隧道纵向稳定性的影响。结果表明:在地震作用下,断层破碎带隧道拱部、墙脚为抗震薄弱位置;结构振动加速度波形与输入波形相似;断层倾角越小,隧道结构受力越不安全。这些结果可为地震区断层破碎带隧道结构设计提供参考。     

祈家大山隧道病害治理方案数值模拟研究

对祁家大山隧道病害情况及治理方案进行了介绍,基于软件平台2D-σ对推荐方案治理前、后隧道围岩稳定性和衬砌结构受力状态进行了弹塑性有限元分析,计算结果表明,套衬和仰拱施做工序对隧道结构产生较大影响,2种工序治理后隧道围岩和衬砌结构均处于安全状态。     

断层破碎带内隧道纵向受荷特征和变形分析

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征，首先基于筒仓理论和地层应力分布特征，考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性，建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型，并利用应力传递原理进行了求解；其次将隧道简化为破碎带纵向荷载作用下的弹性地基梁，利用有限差分理论计算了破碎带纵向荷载作用下的隧道变形和受力特征。开展了相应的数值模拟和室内模型试验，结合试验数据和数值计算结果对理论模型进行了验证，并分析了埋深、破碎带宽度和倾角变化对隧道纵向变形和受力的影响。结果表明：①埋深越大，破碎带内纵向荷载越大，但纵向荷载的增长速率越小，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越小；②破碎带宽度越大，纵向荷载整体越大，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越大，最大变形位置越接近于下盘和破碎带交界面；③破碎带倾角越大，纵向荷载越接近于均布，上下盘和破碎带交界面附近变形和受力越趋于对称。     

运营期间膨胀围岩隧道病害分析

隧道开挖改变了地下水的渗流路径,引起隧道围岩的含水量增加,若遇到膨胀性岩土体,膨胀压力显著增加,导致衬砌开裂,随着时间越来越严重。如马岭头隧道与膨胀性破碎错动带呈30°斜交,断层带的厚度为4~15m,为典型强膨胀潜势膨胀岩,在隧道运营过程中出现两次病害。本文以马岭头隧道为依托分析膨胀性围岩隧道病害随时间变化规律,从现场调查和地质勘察发现地质参数发生了较大变化,含水率升高(13.3%~18.6)和膨胀力增加(32.7k Pa~72.3k Pa),衬砌内力也相应地增大(103.5~293k N,29.5~133.5k N.m),导致病害反复出现,给隧道安全运营带来隐患;然后,预测膨胀性围岩参数随时间的变化规律,计算衬砌的内力,提出相应的治理措施,达到根治隧道病害的目的,研究结果为膨胀性围岩隧道设计施工提供参考依据。     

长大隧道穿越断层带拟动力分析模型研究

以秦岭隧道工程为背景,运用拟动力数值模拟,研究了穿越断层的隧道在发生地震时的稳定性与地震响应。通过对拟动力数值计算,分析穿越断层破碎带时,隧道纵向的响应特征。得出以下主要结论:基于超前地质预报信息,获得数值模拟计算参数,建立了用于模拟发震断层的拟动力计算模型;①由断层错动引起衬砌的内力变化主要集中在活动断层附近,距离断层破碎带越远,衬砌所受断层影响越小,内力也越小;②所建模型基于静力计算,较动力计算更为便捷。